ارزيابي پارامترهاي مؤثر در فرآيند تجزيه قليايي زيركن و تعيين شرايط عملياتي بهينه جهت استحصال زيركونيم

Evaluating the Effective Parameters in the Zircon Alkali Decomposition Process and Determining the Optimal Operating Conditions for Zirconium Extraction

فرآيند تجزيه قليايي با سديم هيدروكسيد يكي از متداول ترين روش ها جهت استحصال زيركونيم از كاني زيركن مي باشد. اين فرآيند شامل سه مرحله ذوب با قليا، آب شويي و فروشويي اسيدي است. در اين پژوهش روش طراحي آزمايش تاگوچي به همراه تحليل رابطه اي خاكستري، جهت آناليز و بهينه سازي پارامترهاي موثر بر فرآيند تجزيه قليايي، جهت استحصال زيركونيم از كاني زيركن بكار گرفته شد. نتايج به دست آمده نشان داد كه ذوب قليايي در شرايط بهينه دماي 650 درجه سانتي گراد، نسبت مولي سديم هيدروكسيد به زيركن 6:1 و غلظت سديم هيدروكسيد 30 درصد، منجر به تجزيه 98/6 درصدي زيركن اوليه مي شود. به نحوي كه هيچ پيكي از زيركن در الگوي پراش اشعه ايكس محصول به دست آمده از واكنش ذوب قليايي در اين شرايط مشاهده نشد. در مرحله آب شويي، سه مرتبه شستشوي محصول به دست آمده از واكنش ذوب قليايي با نسبت مايع به جامد 5 در دماي 30 درجه سانتي گراد منجر به حذف 98/9درصد از سديم و 9/77 درصد از سيليسيم موجود در تركيب شد. در اين شرايط بهينه، طيف پراش اشعه ايكس جامد به دست آمده از آب شويي پس از حرارت دهي در دماي 800 درجه سانتي گراد، حضور پيك هاي ZrO2 و SiO2 را نشان داد. در مرحله اسيدشويي، فروشويي با سولفوريك اسيد 4 مولار با نسبت مايع به جامد 20 و در دماي 60 درجه سانتي گراد منجر به بازيابي 92/7 درصدي زيركونيم موجود در زيركن اوليه شده و مقدار سيليسيم در محلول فروشويي اسيدي 31 ميلي گرم بر ليتر به دست آمد. يافته هاي اين پژوهش شرايط بهينه عملياتي براي روشي آسان، كم هزينه و مناسب در مقياس صنعتي براي استحصال زيركونيم از كاني زيركن را ارايه مي دهد.

Alkali decomposition with NaOH is the most commonly used method for extraction of zirconium from zircon mineral. This process includes alkali fusion, water leaching and acid leaching steps. In this study, Taguchi method was utilized to find the optimum operational conditions of alkali decomposition process. The results showed that under the optimal conditions of NaOH/ZrSiO4 mole ratio of 6:1, NaOH concentration of 30% and fusion temperature of 650 °C, 98.6% of the initial zircon was decomposed, as no pick of ZrSiO4 was observed in the XRD pattern of the alkali fusion product. The conditions of water leaching step were investigated as well, and under the optimal conditions of, liquid–solid ratio of 5:1, leaching temperature of 30 °C and leaching three times, 96.2% of sodium and 77.9% of silica content in the alkali fusion product were removed. The crystal phase structures of ZrO2 and SiO2 were observed in the residual solid after heat treatment. In the acid leaching step, leaching with 4 mol/L sulfuric acid with liquid/solid ratio of 20 at temperature of 60 °C, resulted in 92.73% recovery of zirconium and the silica content in the acid leaching solution was obtained 31 ppm. Results of this research suggest the optimal operational conditions of the facile, low price and proper industrial method for recovery of zirconium from zircon mineral.